满载锭子下连续交联编织方法及装备

技术领域

本发明属于三维编织技术与装备领域，涉及满载锭子下连续交联编织方法及采用该方法的编织装备。

背景技术

三维编织技术克服了二维编织预成形体层间易分层的问题，广泛应用于汽车、航空、航天、军事等领域复合材料结构件的生产中。

目前行业中常用的三维编织技术有二步法、四步法、旋转式三维编织等。二步法和四步法编织过程中需要停机，编织速度慢、频繁启停引起的振动冲击易造成机械结构磨损。常规的旋转式三维编织技术可实现连续编织，但存在以下不足：①锭子排布形式为“1占3空”，成型后的复合材料纤维体积分数和强度较低，可编织预成形体的截面尺寸小、编织机占地面积大；②柱面和球面三维编织机由于机械结构导致锭子座与拨盘有轴向间隙，编织速度较慢，端面三维编织机要求储纱量大的锭子，且纱线起毛严重，织物力学性能较差。专利CN206173587U虽然可以编织纤维体积分数高的预成形体，但存在以下不足：①需停机进行内外编织层交联，生产效率低；②内外编织层的锭子数不同，不适用大尺寸截面预成型体编织。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前行业中已有的旋转式连续三维编织机锭子排布形式为“1占3空”，故预成形体的截面尺寸小、成型后的复合材料纤维体积分数和强度低，且编织机外形尺寸大、运行速度较慢。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种满载锭子下连续交联编织方法，其特征在于，在由n列编织拨盘构成封闭环、交联拨盘为m列的编织机上进行编织，n为偶数，n/m为偶数；n列编织拨盘分别位于内编织层及外编织层；锭子在编织拨盘上的排列形式为1占1空或2占2空；编织时，若锭子在编织拨盘上的排列形式为1占1空，则内外编织层的2m个锭子通过转向块进入交联拨盘，若锭子在编织拨盘上的排列形式为2占2空，则内外编织层的4m个锭子通过转向块进入交联拨盘；编织拨盘回转若干圈后，交联拨盘上内层的锭子运动至外层，外层的锭子运动至内层，实现连续交联编织。

优选的，所述转向块上表面加工有交叉锭子轨道和平行锭子轨道，则所述满载锭子下连续交联编织方法具体包括以下步骤：

步骤1、所有转向块交换至平行轨道位置状态，所有锭子的初始位置按1占1空或2占2空摆放，锭子绕内外编织层各自编织拨盘中心回转进行层内编织；

步骤2、所有转向块交换至交叉轨道位置状态；若锭子排布形式为1占1空，则编织拨盘回转πrad，交联拨盘回转2π/3rad，若锭子排布形式为2占2空，则编织拨盘回转2π/3rad，交联拨盘回转πrad；参与内外编织层交联的锭子通过转向块上表面的交叉锭子轨道进入交联拨盘进行层间连接；

步骤3、所有转向块交换至平行轨道位置状态；若锭子排布形式为1占1空，则编织拨盘回转

步骤4、所有转向块交换至交叉轨道位置状态；若锭子排布形式为1占1空，则编织拨盘回转πrad，交联拨盘回转2π/3rad，若锭子排布形式为2占2空，则编织拨盘回转2πrad，交联拨盘回转πrad，交联拨盘上的锭子通过转向块上表面的交叉锭子轨道进入编织拨盘进行层间连接；

步骤5、循环步骤1至步骤4完成满载锭子下连续交联编织。

优选的，用于驱动编织拨盘的编织拨盘驱动部件、用于驱动交联拨盘的交联拨盘驱动部件和用于驱动转向块的转向块驱动部件通过变频调速、步进电机或伺服电机驱动，所有编织拨盘通过周向齿轮和轴向齿轮同步运动，整个编织过程不停止，交联拨盘和转向块的驱动根据具体工艺调整，实现任意位置交联的三维预成形体。

本发明的另一个技术方案是提供了一种满载锭子下连续交联编织装备，用于实现上述的满载锭子下连续交联编织方法，其特征在于，所述满载锭子下连续交联编织装备包括编织底盘部件、机架部件、包含有所述编织拨盘的编织拨盘部件、包含有所述交联拨盘的交联拨盘部件、过渡轴部件、包含有所述转向块的转向块部件、编织环部件和锭子；

机架部件安装在地基上，编织底盘部件安装在机架部件上，编织环部件安装在编织底盘部件上，2n个编织拨盘部件、m/2个交联拨盘部件、m/2个过渡轴部件、m个转向块部件和4n个锭子设于编织底盘部件的内表面；4n个锭子按满载锭子原则排布在2n个编织拨盘部件上；2n个编织拨盘部件中的n个编织拨盘部件位于内编织层，剩余n个编织拨盘部件位于外编织层；内编织层与外编织层通过过渡轴部件实现同步回转；m/2个交联拨盘部件位于交联层；位于外编织层或内编织层的锭子通过转向块能够进入交联层。

优选的，所述编织底盘部件包括编织底盘、交叉轨道嵌块、侧板、背板和平行轨道嵌块；

编织底盘外圆柱面两侧固连有侧板，背板安装在两侧侧板之间，侧板安装在机架部件上；

编织底盘内圆柱面两侧沿周向分布各n个编织层通孔和编织层槽型锭子轨道作分别作为外编织层及内编织层，编织层通孔和对应的编织层槽型锭子轨道同心，相邻编织层槽型锭子轨道交汇处加工与交叉轨道嵌块等直径的编织层沉孔，2n个交叉轨道嵌块分别固结在编织层沉孔内；

内编织层与外编织层之间周向均匀分布m个交联层通孔和交联层槽型锭子轨道作为交联层，交联层通孔和对应的交联层槽型锭子轨道同心；交联层中第2i个交联层槽型锭子轨道与轴向相邻的编织层槽型锭子轨道交汇处加工与平行轨道嵌块等直径的沉孔，i＝1,2,……,m/2，m个平行轨道嵌块分别固结在沉孔内；交联层中第2i-1个交联层槽型锭子轨道与轴向相邻的编织层槽型锭子轨道交汇处加工与转向块部件等直径的通孔，m个转向块部件分别安装在通孔内；

编织底盘、交叉轨道嵌块和平行轨道嵌块上的槽型锭子轨道组成“∞”型锭子轨道。

优选的，所述机架部件包括两侧支架、底座固定架和底座；两侧支架和底座安装在地基上，底座固定架固连于底座上表面，底座固定架上表面固连下方侧板。

优选的，所述编织拨盘部件安装在编织底盘内圆柱面两侧的通孔内，编织拨盘部件包括2n-m个编织拨盘组件和m个编织拨盘过渡组件；

编织拨盘过渡组件安装在与交联层中第2i个交联层通孔相邻的编织层通孔内；编织拨盘过渡组件包括编织过渡拨盘和依次串联的唇形密封圈一、圆锥滚子轴承一、周向圆锥齿轮一、轴向直齿轮一、锁紧圆螺母一；编织过渡拨盘上端面加工4个U型槽口；唇形密封圈一安装在编织过渡拨盘上部轴肩处；两个圆锥滚子轴承一安装在编织过渡拨盘中部；周向圆锥齿轮一和轴向直齿轮一安装在编织过渡拨盘的花键上，下方通过锁紧圆螺母一轴向定位；

编织拨盘组件包括编织拨盘和依次串联的唇形密封圈二、圆锥滚子轴承二、周向圆锥齿轮二、轴套、锁紧圆螺母二；编织拨盘上端面加工4个U型槽口；唇形密封圈二安装在编织拨盘上部轴肩处；两个圆锥滚子轴承二安装在编织拨盘中部；周向圆锥齿轮二安装在编织拨盘的花键上，下方通过轴套和锁紧圆螺母二轴向定位；内编织层或外编织层的n个编织拨盘部件通过周向啮合的周向圆锥齿轮二实现同步回转；外编织层及内编织层通过编织拨盘过渡组件和过渡轴部件轴向啮合的轴向直齿轮一及轴向直齿轮二实现同步回转。

优选的，所述交联拨盘部件安装在交联层中第2i-1个交联层通孔内；交联拨盘部件包括交联拨盘和依次串联的唇形密封圈三、圆锥滚子轴承三、交联拨盘联轴器和离合器制动器电机组件；交联拨盘上端面加工6个U型槽口；唇形密封圈三安装在交联拨盘上部轴肩处；两个圆锥滚子轴承三安装在交联拨盘中部；交联拨盘联轴器一端固连交联拨盘下部圆柱轴，另一端固连离合器制动器电机组件，离合器制动器电机组件安装在固连于背板的独立电机安装架上。

优选的，所述过渡轴部件安装在交联层中第2i个交联层通孔内；过渡轴部件包括过渡轴和依次串联的唇形密封圈四、圆锥滚子轴承四、轴向直齿轮二、锁紧圆螺母三、过渡轴联轴器、减速器轴和伺服电机减速器组件；唇形密封圈四安装在过渡轴上部轴肩处；两个圆锥滚子轴承四安装在过渡轴中部；轴向直齿轮二安装在过渡轴的花键上，下方通过锁紧圆螺母三轴向定位；过渡轴联轴器一端固连于沿周向均布的四个过渡轴下部圆柱轴，另一端固连减速器轴，减速器轴安装在伺服电机减速器组件通孔内，伺服电机减速器组件安装在固连于背板的减速器安装架上。

优选的，所述转向块部件包括转向块、锥齿轮、步进电机和步进电机安装架；转向块上表面加工交叉锭子轨道和平行锭子轨道，当转向块处于平行轨道状态时，轴向相邻的编织层槽型锭子轨道互不相交，当转向块处于交叉轨道状态时，轴向相邻的编织层槽型锭子轨道形成交叉；转向块下部圆柱轴固结锥齿轮，步进电机输出端固结锥齿轮，通过锥齿轮传动的方式带动转向块回转；步进电机安装在固连于编织底盘外圆柱面方形凹槽内的步进电机安装架。

本发明具有如下有益效果：

(1)所编织的预成形体为“1占1空”或“2占2空”满载锭子下的三维织物结构，适用于截面尺寸大、纤维体积分数和强度高的复合材料制件。

(2)根据不同复合材料制件的工况及力学性能要求，可在线调控三维预成形体的层间交联位置和交联长度，极大提高了产品的可定制性。

(3)本发明的三维预成形体编织过程无需停机、编织速度快，提高了纤维连续性和生产效率，且编织机外形尺寸小，便于加工和装配。

附图说明

图1A及图1B为转向块的位置状态；

图2A及图2B为锭子“1占1空”及“2占2空”初始位置；

图3A及图3B为锭子连续交联编织步骤；

图4为满载锭子下连续交联编织装备；

图5为编织底盘部件；

图6为机架部件；

图7为拨盘机械传动原理图；

图8A及图8B为编织拨盘过渡组件及编织拨盘组件；

图9为交联拨盘部件；

图10为过渡轴部件；

图11为转向块部件。

其中，1-编织底盘部件，2-机架部件，3-编织拨盘部件，4-交联拨盘部件，5-过渡轴部件，6-转向块部件，7-编织环部件，8-锭子，9-编织底盘，10-交叉轨道嵌块，11-侧板，12-背板，13-平行轨道嵌块，14-两侧支架，15-底座固定架，16-底座，17-编织拨盘组件，18-编织拨盘过渡组件，19-编织过渡拨盘，20-唇形密封圈，21-圆锥滚子轴承，22-周向圆锥齿轮，23-轴向直齿轮，24-锁紧圆螺母，25-编织拨盘，26-轴套，27-交联拨盘，28-交联拨盘联轴器，29-离合器制动器电机组件，30-独立电机安装架，31-过渡轴，32-过渡轴联轴器，33-减速器轴，34-伺服电机减速器组件，35-减速器安装架，36-转向块，37-锥齿轮，38-步进电机，39-步进电机安装架，40-护套，41-小瓷眼，42-纱线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1A至图3B所示，设共有n列编织拨盘25构成封闭环，n为偶数，有m列交联拨盘27，n/m为偶数。n列编织拨盘25分别位于内编织层及外编织层，m列交联拨盘位于交联层，交联层位于内编织层与外编织层之间。

则本发明公开的一种满载锭子下连续交联编织方法具体包括以下步骤：

步骤1、所有转向块36交换至平行轨道位置状态，所有锭子8在编织拨盘25上的初始位置按满载锭子原则即“1占1空”或“2占2空”摆放，如图2A和图2B所示，内编织层与外编织层不交联，位于内编织层及外编织层的锭子8绕各自编织拨盘25中心回转进行层内编织；

步骤2、所有转向块36交换至交叉轨道位置状态，编织拨盘25回转πrad(1占1空)或3π/2rad(2占2空)、交联拨盘27回转3π/2rad(1占1空)或πrad(2占2空)，参与内外编织层交联的锭子8通过转向块36提供的交叉锭子轨道从内编织层的编织拨盘25或者外编织层的编织拨盘25进入交联拨盘27进行层间连接；

步骤3、所有转向块36交换至平行轨道位置状态，编织拨盘25回转

步骤4、所有转向块36交换至交叉轨道位置状态，编织拨盘25回转πrad(1占1空)或2πrad(2占2空)、交联拨盘27回转2π/3rad(1占1空)或πrad(2占2空)，交联拨盘27上的锭子8通过转向块36提供的交叉锭子轨道进入编织拨盘25进行层间连接。

步骤5、循环步骤1至步骤4完成满载锭子下连续交联编织。

用于驱动编织拨盘25的编织拨盘驱动部件、用于驱动交联拨盘27的交联拨盘驱动部件和用于驱动转向块36的转向块驱动部件通过变频调速、步进电机或伺服电机驱动，所有编织拨盘25通过周向齿轮和轴向齿轮同步运动，整个编织过程不停止，交联拨盘27和转向块36的驱动根据具体工艺调整，实现任意位置交联的三维预成形体。

本实施例还公开的一种满载锭子下连续交联编织装备，如图4所示，包括编织底盘部件1、机架部件2、编织拨盘部件3、交联拨盘部件4、过渡轴部件5、转向块部件6、编织环部件7和锭子8。机架部件2安装在地基上，编织底盘部件1安装在机架部件4上，编织环部件7安装在编织底盘部件1上。240个编织拨盘部件3、15个交联拨盘部件4、15个过渡轴部件5、30个转向块部件6和480个锭子8设于编织底盘部件1的内表面。

结合图5，编织底盘部件1包括编织底盘9、交叉轨道嵌块10、侧板11、背板12和平行轨道嵌块13。编织底盘9外圆柱面两侧固连8块侧板11，30块背板12安装在两侧侧板11之间，侧板11安装在机架部件2上。编织底盘9内圆柱面两侧沿周向分布各120个通孔和槽型锭子轨道分别作为内编织层以及外编织层，通孔和对应的槽型锭子轨道同心，相邻槽型锭子轨道交汇处加工与交叉轨道嵌块10等直径的沉孔，240个交叉轨道嵌块10分别固结在沉孔内。两个编织层之间周向均匀分布30个通孔和槽型锭子轨道作为交联层，通孔和对应的槽型锭子轨道同心。交联层中第2i(i＝1,2,……,15)个槽型锭子轨道与轴向相邻的内编织层的槽型锭子轨道以及外编织层的槽型锭子轨道交汇处加工与平行轨道嵌块13等直径的沉孔，30个平行轨道嵌块13分别固结在沉孔内。交联层中第2i-1(i＝1,2,……,15)个槽型锭子轨道与轴向相邻的内编织层的槽型锭子轨道以及外编织层的槽型锭子轨道交汇处加工与转向块部件6等直径的通孔，30个转向块部件6分别安装在通孔内。编织底盘9、交叉轨道嵌块10和平行轨道嵌块13上的槽型锭子轨道组成“∞”型锭子轨道。

结合图6，机架部件2包括两侧支架14、底座固定架15和底座16。两侧支架14和底座16安装在地基上，底座固定架15固连于底座16上表面，底座固定架15上表面固连下方侧板11。

结合图7至图10，240个编织拨盘部件3安装在编织底盘9内圆柱面两侧的通孔内，编织拨盘部件3包括210个编织拨盘组件17和30个编织拨盘过渡组件18。编织拨盘过渡组件18安装在与交联层中第2i(i＝1,2,……,15)个交联层通孔相邻的编织层通孔内。编织拨盘过渡组件18包括编织过渡拨盘19和依次串联的唇形密封圈20、圆锥滚子轴承21、周向圆锥齿轮22、轴向直齿轮23、锁紧圆螺母24。编织过渡拨盘19上端面加工4个U型槽口。唇形密封圈20安装在编织过渡拨盘19上部轴肩处，防止齿轮箱内的润滑油外漏和外部纤维等灰尘进入齿轮箱。2个圆锥滚子轴承21安装在编织过渡拨盘19中部，便于拨盘回转和承受载荷。周向圆锥齿轮22和轴向直齿轮23安装在编织过渡拨盘19的花键上，下方通过锁紧圆螺母24轴向定位。编织拨盘组件17包括编织拨盘25和依次串联的唇形密封圈20、圆锥滚子轴承21、周向圆锥齿轮22、轴套26、锁紧圆螺母24。编织拨盘25上端面加工4个U型槽口。唇形密封圈20和圆锥滚子轴承21的安装结构与编织拨盘过渡组件18一致。周向圆锥齿轮22安装在编织拨盘25的花键上，下方通过轴套26和锁紧圆螺母24轴向定位。内编织层或外编织层的120个编织拨盘部件3通过周向啮合的周向圆锥齿轮22实现同步回转，内编织层以及外编织层通过编织拨盘过渡组件18和过渡轴部件5轴向啮合的轴向直齿轮23实现同步回转。

15个交联拨盘部件4安装在交联层中第2i-1(i＝1,2,……,15)个通孔内。交联拨盘部件4包括交联拨盘27和依次串联的唇形密封圈20、圆锥滚子轴承21、交联拨盘联轴器28和离合器制动器电机组件29。交联拨盘27上端面加工6个U型槽口。唇形密封圈20和圆锥滚子轴承21的安装结构与编织拨盘过渡组件18一致。交联拨盘联轴器28一端固连交联拨盘27下部圆柱轴，另一端固连离合器制动器电机组件29。离合器制动器电机组件29安装在固连于背板12的独立电机安装架30上。

15个过渡轴部件5安装在交联层中第2i(i＝1,2,……,15)个通孔内。过渡轴部件5包括过渡轴31和依次串联的唇形密封圈20、圆锥滚子轴承21、轴向直齿轮23、锁紧圆螺母24、过渡轴联轴器32、减速器轴33和伺服电机减速器组件34。唇形密封圈20、圆锥滚子轴承21、轴向直齿轮23和锁紧圆螺母24的安装结构与编织拨盘过渡组件18一致。过渡轴联轴器32一端固连于沿周向均布的4个过渡轴31下部圆柱轴，另一端固连减速器轴33，减速器轴33安装在伺服电机减速器组件34通孔内。伺服电机减速器组件34安装在固连于背板12的减速器安装架35上。

结合图11，转向块部件6包括转向块36、锥齿轮37、步进电机38和步进电机安装架39。转向块36上表面加工交叉锭子轨道和平行锭子轨道：当转向块36处于平行轨道状态时，轴向相邻的槽型锭子轨道互不相交；当转向块36处于交叉轨道状态时，轴向相邻的槽型锭子轨道形成交叉。转向块36下部圆柱轴固结锥齿轮37，步进电机38输出端固结锥齿轮37，通过锥齿轮传动的方式带动转向块36回转。步进电机38安装在固连于编织底盘9外圆柱面方形凹槽内的步进电机安装架39上。